基于51單片機的新型節能日光燈系統的設計

隨著社會的發展和人口的增長，節能已成為一個重要的社會課題。日光燈是目前使用最為廣泛的一種燈具，但同大多數燈具一樣，一旦開啟，無論外界光強多大，它們都只能發出單一光強的光，這造成了能源的浪費。針對這一現象，本文提出了基于單片機的新型日光燈系統，通過采集外界光強信息，采用AT89C51單片機控制日光燈輸出光強的方式，使日光燈隨外界光強的變化而自動調整照射光強，在滿足使用者的用光要求的前提下，達到節約能源的目的。系統具有結構簡單、可靠性高、成本低等特點，可廣泛用于學校學習和家庭生活。

1 硬件電路組成及工作原理
1．1 系統硬件結構
系統構成如圖1所示。系統分為光線采集、單片機控制和日光燈自動調整3部分。光線采集部分主要由光敏電阻、三極管和配套電路組成；單片機控制部分主要由AT89C51單片機及其外圍電路，ADC0809模數轉換器組成；日光燈自動調整部分系統主要由光耦MOC3052，雙向三極管BT136及其外圍電路組成。光線采集部分通過光敏電阻感受外界光強，通過其阻值的變化將外界光強的變化轉化為輸出電壓的變化。單片機控制部分通過ADC0809將電壓的模擬量轉化為數字量，經過分析處理輸出占空比可控的PWM波。日光燈自動調整部分根據PWM波調整日光燈燈管兩端的電壓，可在一定電壓范圍內達到較高的調控精度(0．1 V)，以達到控制照射光強的目的。

1．2 光強采集電路
如圖2所示，本設計采用的是基極分壓式射極偏置電路，由Vcc(5 V)、基極電阻R5、R1和集電極電阻R6組成，三極管射極直接接地，其中R5、R6是普通電阻，R1為光敏電阻。該電路具有很好的穩定性，阻值很大的R5直接接在三極管的基極，起到很強的控制基極電流的作用，可以有效防止由于溫度等原因造成的電阻阻值波動對測量結果的影響。光敏電阻直接接受外界光強，所選光敏電阻光譜峰值540 nm，亮電阻(10LUX)5～10 kΩ，暗電阻0．6 MΩ。

當外界光強變大時，光敏電阻R1阻值變小，電流IR1變小，三極管基極電流Ib變小，集電極電壓，即輸出電壓IN0-BAK變大。同理，當外界光強變小時，輸出電壓IN0-BAK變小。這樣，三極管將由光強變化引起的電流變化轉化為電壓變化輸出，接入ADC0809數模轉換的輸入端口。
1．3 A／D轉換電路設計
本設計選用8位模數轉換器ADC0809。該芯片是典型的8位8通道逐次逼近式A／D轉換器，可對8路模擬電壓實現分時轉換。為了換算方便，設置基準電壓為5 V，即模擬量輸入為+5．0時，ADC輸出為0FFH，即225，系統分辨率為50／255=0．2V／LSB。基準電壓設為5 V，為保證轉換的精度，由LM7805精密穩壓器提供。
LM7805聯接方式如圖3所示，J1接12 V普通直流電源，C6和C7作為輸入和輸出的濾波電容，C12為輸入電阻，C3為負載電阻。